Dominika Egorova (Jennifer Lawrence) bất đắc dĩ được chọn để đào tạo thành một “chim sẻ”, môt điệp viên có sức quyến rũ chết người của Tổng cục an ninh Nga. Dominika phải học cách sử dụng cơ thể như một loại vũ khí, tuy nhiên cô vẫn luôn đấu tranh để duy trì ý thức về bản thân trong suốt quá trình huấn luyện làm vô nhân hóa.
Được phát hiện ra tài năng trong một hệ thống tiêu cực, cô nổi lên là một trong những người giỏi nhất của chương trình đào tạo. Mục tiêu đầu tiên của cô là Nate Nash (Joe Edgerton), một nhân viên của CIA, đảm trách nhiệm vụ nằm vùng nhạy cảm nhất của cơ quan tình báo Nga. Hai con người trẻ tuổi rơi vào vòng xoáy luẩn quẩn giữa lôi cuốn và lừa dối, đe dọa đến sự nghiệp của họ, lòng trung thành và an ninh của cả hai quốc gia.
Dựa trên quyển tự truyện của cựu nhân viên CIA Jason Matthews, "Điệp Vụ Chim Sẻ Đỏ" tái hợp Jennifer Lawrence với đạo diễn "Hunger Games", Francis Lawrence với Joel Edgerton, Matthias Schoenaerts, Charlotte Rampling, Mary-Louise Parker và Jeremy Irons.
